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OPアンプのゼロ調節について

OPアンプのゼロ調節について 「定本 OPアンプ回路の設計」を読んでいます。 この本のP57に下図のような、反転入力の際のゼロ調節の回路が載っています。 そこに注意点として、 「R1はOPアンプの入力抵抗と同じく反転、非反転入力端子間に並列に入って、 OPアンプの性能を落とすので、Rs,Rfを屁入れtにした値の100~1000倍程度の 大きな抵抗値にするのが安全です」 とあります。 ここに疑問点がたくさんあります。 (1) R1がどう見ても反転、非反転入力端子間に並列に入っていませんが、どういうことでしょうか。   交流的に見ているということでしょうか。 (2) OPアンプの性能が落ちるのはどういう理由からでしょうか。 (3) なぜ「Rs,Rfを並列にした抵抗値」を考えるのでしょうか。 また、このあとのページで、 「R1が小さいとループゲインを損しますから高い抵抗値を選ぶとよい」 という記述もみられました。 ループゲインAβを損するとは、Aβの値が小さくなる、つまりβが小さくなるということですよね。 R1が小さいとなぜβが小さくなるのでしょうか。

noname#234574
noname#234574

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  • 回答No.6
  • tadys
  • ベストアンサー率40% (856/2135)

昔はオフセットの少ないOPアンプの入手が困難だったのでゼロ調整を行う必要がある場合も有ったのですが今ではその必要は有りません。 ゼロ調整回路そのものが十分に安定でないと逆にゼロドリフトの原因になってしまいます。 入力の直流レベルをシフトする(例えば2V~3Vの電圧を0V~1Vにしたい)場合には必要ですが。 >(1)交流的に見ているということでしょうか。 入力が変化した場合でもR1のVR側端子とOPアンプの+入力の間の電位差は変化しません。 電位差が変化しない部分はつながっているものとみなすことができます。 >(2)OPアンプの性能が落ちるのはどういう理由からでしょうか。 理想的なOPアンプでは+入力と-入力の間の電圧はゼロになります。(いわゆる仮想接地) その為、R1に加わる電圧は変わらず、流れる電流も変化しません。 これを交流的に考えるとインピーダンスは無限大になりR1は存在しないと同じ事になります。 しかしながら現実のアンプでは入力電圧が変化すると-端子の電圧も変化するのでR1に流れる電流も変化するのでR1の存在を無視できません。 Rsに流れる電流の一部分がR1に流れることになりその分だけゲイン(β)が小さくなります。 R1の値が十分大きければ無視できます。 >(3) なぜ「Rs,Rfを並列にした抵抗値」を考えるのでしょうか。 -端子の電圧が変化するとその変化が原因でRs、Rf、R1、(それにプラスOPアンプの入力電流)に流れる電流が変化します。 つまり、それらの抵抗が並列になっていると考えられます。

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なるほど! とても納得のいく回答ありがとうございます! 交流の考え方は直流の考え方と全く違うのですね!

その他の回答 (5)

  • 回答No.5
noname#120054
noname#120054

 電流と言うものは本来は存在せず、回路を考えやすくするために仮に考え出された概念ですが、回路の電流を考える場合、いわゆる電流が高電位から低電位に向かって流れる現象と、電流を変化させる端子と電流変化を受け取る端子という関係、この二つがまったく別の概念であることを忘れない必要があります。OPアンプの出力は配線に電流の変化を生じさせる端子であるという意味で出力端子ですが、そこには電流を吐き出す機能と吸い込む機能の両方を持っており、ご質問の回路で入力電圧が負の場合、出力端子は正電圧となり電流を吐き出し(Rfに右から左に電流が流れ)、入力電圧が正の場合、出力端子は負電圧となり電流を吸い込み(Rfに左から右に電流が流れ)ます。

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質問者からのお礼

なるほど、電流の考え方が間違っていました。 二つの概念を分ける必要があるのですね! 分かりやすい説明ありがとうございました

  • 回答No.4
  • xs200
  • ベストアンサー率47% (559/1173)

> ループゲインを損しますから高い抵抗値を選ぶとよい というのに引きずられて、分圧されるからなんてとんちんかんな回答をしてしまいました。 この回路は加算回路で Vo=-(Rf/Rs+Rf/R1)Vi ですからR1を大きくして電源電圧の変動やノイズが小さくなるようにしないといけません。 ループゲインを損するという真意は不明です。

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  • 回答No.3
noname#120054
noname#120054

(2)について  手元の「OPアンプ回路の設計」(昭和50年11月10日 第8版)を見ますと、p.34 「ただしR1はOPアンプの入力抵抗と同じく、(+)(-)端子間に並列に入りますから、OPアンプの性能をいっぱいに使うには、Rs、Rfを並列にした値を目安にして、これより1000倍というように高い抵抗値にするのが望ましいはずです。」とあります。次の(b)回路の説明などを見ると、OPアンプの性能と言っているのは出力電流の余裕を指しているようです。つまりR1を小さくとることはフィードバック電流が大きくなり出力電流の余裕を圧迫することになる、という意味のようです。この本でループゲイン云々の表現を探したのですが後の版で書き足したもののようで私の本にはありませんでした。しかしおそらくこれも出力電流をフィードバック電流で消費してしまうことを指していると思います。

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質問者からのお礼

回答ありがとうございます! なるほど、出力電流の余裕の観点から考えているのですね。 たしか、OPアンプの出力電流は最大±10mA程度でしたね。 ところで、このフィードバック電流ですが、流れる方向は図において、 Rfを右から左に流れると考えたらよいのでしょうか? 普段、反転増幅器として考えるときは、電流の流れはRfを左から右に流れる と考えるのが普通のように思いますが、この考え方となんか矛盾しているように感じます。 どう考えたらよいのでしょうか?

  • 回答No.2
  • xs200
  • ベストアンサー率47% (559/1173)

(1)直流的に見ます。直流電圧を反転入力に加えて、入力がない時に出力に直流が出ないように調整します。 (3)交流的に見れば、Rs, Rf, R1は並列です。ですからR1はRs, Rfより十分に大きくなければいけません。 > R1が小さいとループゲインを損しますから高い抵抗値を選ぶとよい R1の可変抵抗側は等価的に設置されています。入力はRsとR1で分圧され、R1にかかる電圧だけが反転入力に入力されます。あとはおわかりでしょう。 岡村さんの本、まだ売っているんですね。

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質問者からのお礼

回答ありがとうございます! ゼロ補正は直流で考えて、そのときに交流的な影響はなくすためにR1を大きくするのですね。 (3)ですが、なぜRs,Rf,R1が並列になるのでしょうか? 基本的なことがわかっていません… 私にはRfとRs//R1の直列に見えてしまいます… どう見たらよいのでしょうか。

  • 回答No.1
noname#120054
noname#120054

(1) 可変抵抗の中点が0Vであって正入力に接続した場合と等価だといってるんでしょうかね。 (2)本の趣旨を離れて勝手なことを言えば、電源電圧やその変動は出力振幅にのみ影響して出力電圧の精度には影響しないことがオペアンプのいいところですが、本回路は反転入力と可変抵抗電圧の反転ミキサであって可変抵抗の中点電圧が出力に現れてしまいます。可変抵抗両端の電源は一般には基準電圧ではなく三端子レギュレータのたぐいでしょうから、ここで一倍のゲインでも持たせてしまうと、入力を計っているのか電源変動を計っているのかわからない回路になります。そのため、高い抵抗値を選んで可変抵抗の電圧変動の影響を小さくしたいというところでしょう。 (3)分かりません。むしろ電源電圧の変動に可変抵抗側のゲインを乗じた電圧が、回路の仕様が要求する許容誤差より一桁以上小さければ足りるように思います。 (4)ループゲインのゆえんであるところの出力電流を消費するから、という意味じゃないですかね。  でも、偉い先生なんですから本に書いて有ることは絶対真実なんだと思いますよ。  可変抵抗の両端に電源など接続せず、基準電圧発生ICから作った正負基準電圧を使用すればこのようなレベルの心配はなくなります。

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質問者からのお礼

詳しい回答ありがとうございます! この本の著者はすごい方なんですね、知りませんでした。 頑張って勉強したいと思います。

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